KR101022723B1 - 메탈라이즈드 세라믹 기판의 제조 방법 - Google Patents

메탈라이즈드 세라믹 기판의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 메탈라이즈드 세라믹 기판의 제조 방법은 표면에 도전층 또는 도전 페이스트층을 가지고 있어도 좋은 세라믹 기판으로 이루어지는 원료 기판을 준비하는 공정(A)과, 그 원료 기판 위에 세라믹 페이스트층을 형성하는 공정과, 그 세라믹 페이스트층 위에 도전 페이스트층을 형성하는 공정을 포함하는 메탈라이즈드 세라믹 기판 전구체 제조 공정(B)과, 상기 공정에 의해서 얻어진 메탈라이즈드 세라믹 기판 전구체를 소성하는 공정(C)을 포함한다. 공정(B)에서는 세라믹층의 형성과 도전 페이스트층의 형성을 교대로 복수회 반복해도 좋다. 본 발명에 의하면, 도전 페이스트가 흐르거나 번지는 것을 방지하여, 배선 디자인의 자유도 및 신뢰성이 높고, 미세한 메탈라이즈 패턴을 가진 메탈라이즈드 세라믹 기판을 제조할 수 있다.
메탈라이즈드 세라믹 기판, 메탈라이즈 패턴

Description

메탈라이즈드 세라믹 기판의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING METALLIZED CERAMIC SUBSTRATE}
본 발명은 세라믹 기판에 도전 페이스트층을 형성하고, 소성함에 의해 메탈라이즈드 세라믹 기판(metallized ceramic substrate)을 제조하는 방법에 관한 것이다.
메탈라이즈드 세라믹 기판의 제조 방법으로는, 코파이어법(co-firing, 동시소성법)과 포스트파이어법(post firing, 축차(逐次)소성법)이 알려져 있다.
코파이어법이라 함은 그린 시트로 불리는 미소성의 세라믹 기판 전구체 위에 도전 페이스트층을 형성함으로써 메탈라이즈드 세라믹 기판 전구체를 제조하여, 이것을 소성하는 방법이다. 이 방법에서는 그린 시트 및 도전 페이스트층의 소성은 동시에 행해진다.
포스트파이어법이라 함은, 그린 시트를 소성하여 얻어진 세라믹 기판 위에 도전 페이스트층을 형성함으로써 메탈라이즈드 세라믹 기판 전구체를 제조하여, 이것을 소성하는 방법이다. 이 방법에서는 그린시트의 소성 및 도전 페이스트층의 소성은 차례로 행해진다. 포스트파이어법에 의한 메탈라이즈드 세라믹 기판의 제조는 여러가지 알려져 있고, 예를 들면 특허문헌 1에 개시되어 있다.
또한, 어떠한 방법으로도 세라믹 기판 위에 배선을 제조할 수 있으며, 그것에 의해 얻어지는 기판은, 주로 전자 부품을 탑재하기 위한 기판으로 사용되고 있다.
특허문헌 1 : 특개평 8-239286호 공보
[발명의 개시]
[발명이 해결하고자 하는 과제]
전자부품을 탑재하기 위한 기판에는, 탑재할 부품이 소형화됨에 따라, 배선 패턴의 더욱 고정밀도화, 고정세화가 요구되고 있으며, 종래의 제조 방법으로는 이러한 요구에 충분히 따를 수 없는 상황으로 되었다.
예를 들면, 코파이어법에 의한 배선 형성의 경우, 소성시에 그린시트가 불균일하게 수축하기 쉬워, 예를 들면 정사각형의 그린 시트를 소결한 경우에는, 조금이지만, 각 변의 중앙부분이 내측으로 휘어지도록 수축이 일어나서 기판은 성형(星型)으로 변형하기 때문에, 1매의 그린 시트 위에 동일 형상의 배선 패턴을 많이 형성한 경우에는, 패턴이 형성되는 장소에 따라 패턴의 형상이 약간 변해 버리는 것을 피할 수 없다.
한편, 포스트파이어법에 의한 배선 형성의 경우, 세라믹 기판 위에 직접 도전 페이스트를 도포·건조한 후에 소성함에 의해 배선 패턴이 형성된다. 배선의 소부(소성) 시에는, 도전 페이스트층은 두께 방향으로는 수축하지만, 평면 방향의 수축은 거의 일어나지 않기 때문에, 코파이어법에서 볼 수 있는 바와 같은, 위치에 따라 패턴 형상이 변한다는 문제는 일어나지 않는다.
그러나, 포스트파이어법에서는, 도전 페이스트를 목적으로 하는 회로 패턴의 형상대로 도포한다 해도, 소결전에 도전 페이스트가 흐르거나, 번지는 경우가 있어, 패턴의 미세화를 진행시킬 때에 장해로 되었다. 즉, 도전 페이스트의 "흐름"이나 "번짐"이 발생한 경우에는, 얻어지는 메탈라이즈드 세라믹 기판의 배선 간에 단락이 일어나는 경우가 있어, 신뢰성이 저하하기 때문이다. 일반적으로, 포스트파이어법에서는, 배선간의 간극(보통, 스페이스라고도 함)이 50㎛ 정도인 배선 패턴의 형성이 한계로 되어 있었다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것이다. 즉, 본 발명은 세라믹 기판의 표면에 도전 페이스트층을 형성하고, 소성함에 의해서 메탈라이즈드 세라믹 기판을 제조하는 방법에서, 도전 페이스트가 흐르거나 번지는 것을 방지함으로써, 배선 디자인의 자유도 및 신뢰성이 높은 메탈라이즈드 세라믹 기판의 제조 및 미세한 패턴의 메탈라이즈층을 가진 메탈라이즈드 세라믹 기판의 제조를 실현하는 것을 목적으로 하고 있다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명이 제공하는 상기 과제를 해결하기 위한 수단은 이하와 같다.
(1) 표면에 도전층 또는 도전 페이스트층을 가지고 있어도 좋은 세라믹 소결체 기판으로 이루어지는 원료 기판을 준비하는 공정(A)과,
그 원료 기판 위에, 세라믹 분말, 유기 바인더, 및 유기 용매를 함유하는 세라믹 페이스트층을 형성하는 공정(B1)과, 그 세라믹 페이스트층을 40℃∼150℃에서 건조시키는 공정(B2)과, 건조된 그 세라믹 페이스트층 위에, 상기 세라믹 페이스트에 함유되는 것과 동종의 유기 바인더 및 유기 용매, 및 금속 분말을 함유하는 도전 페이스트층을 형성하는 공정(B3)을 포함하는 메탈라이즈드 세라믹 기판 전구체 제조 공정(B)과,
상기 공정에 의해서 얻어진 메탈라이즈드 세라믹 기판 전구체를 소성하는 공정(C)을 포함하는 메탈라이즈드 세라믹 기판의 제조 방법.
(2) 공정(C)에 의해 얻어진 메탈라이즈드 세라믹 기판의 도전층 위에 세라믹 페이스트층을 형성하는 공정과, 그 공정에 의해 얻어진 표면에 세라믹 페이스트층을 가진 메탈라이즈드 세라믹 기판을 소성하는 공정을 더 포함하는 (1)에 기재된 제조 방법.
(3) 공정(B)에서, 세라믹 페이스트층을 형성하는 공정(B1), 그 세라믹 페이스트층을 건조시키는 공정(B2), 및 건조된 그 세라믹 페이스트층 위에 도전 페이스트층을 형성하는 공정(B3)으로 이루어지는 일련의 공정을 복수회 반복함을 포함하는 (1) 또는 (2)에 기재된 제조 방법.
(4) 상기 (1)∼(3) 중 어느 하나의 제조 방법에서 얻어진 메탈라이즈드 세라믹 기판을 원료 기판으로서 사용하는 (1)∼(3) 중 어느 하나의 제조 방법.
(5) 상기 (2)∼(4)의 어느 하나의 제조 방법에서, 도전 페이스트층 또는 도전 페이스트층을 소성하여 얻어진 도전층 위에 형성되는 세라믹 페이스트층이 이들 하지층의 일부를 덮는 두께 1∼2000㎛의 세라믹 페이스트층인 제조 방법.
(6) 원료 기판이, 표면에 도전층 또는 도전 페이스트층을 갖고 있어도 좋은 질화알루미늄 소결체 기판으로 이루어지는 (1)∼(5) 중 어느 하나에 기재된 제조 방법.
(7) 세라믹 페이스트층이 질화알루미늄계 세라믹을 함유하는 (1)∼(6) 중 어느 하나에 기재된 제조 방법.
(8) 도전 페이스트층이 텅스텐 또는 몰리브덴을 함유하는 (1)∼(7) 중 어느 하나에 기재된 제조 방법.
(9) 공정(B)에 포함되는 적어도 1개의 공정(B)에서, 두께 3∼15㎛의 세라믹 페이스트층을 형성하는 (1)∼(8) 중 어느 하나에 기재된 제조 방법.
(10) 공정(B1)에서 형성된 두께 3∼15㎛의 세라믹 페이스트층을 건조시킨 후에 이어서 행해지는 공정(B3)에서, 공정(C)의 소성 후에 얻어지는 도전층이 도체 라인간의 간격이 50∼10㎛인 미세 패턴으로 되는 패턴의 도전 페이스트층을 형성하는 (9)에 기재된 제조 방법.
(11) (1)∼(8) 중 어느 하나에 기재된 제조 방법에 의해 얻어지는 메탈라이즈드 세라믹 기판.
(12) 세라믹 소결체 기판 위에, 적어도 1개의 도전층과 적어도 1개의 세라믹 소결체층을 포함하여 이루어지는 적층 구조를 가진 메탈라이즈드 세라믹 기판으로서, 상기 적층 구조의 최상층은 그 하층으로 되는 도전층의 적어도 일부를 피복하는 두께 1∼1000㎛의 세라믹 소결체층인 메탈라이즈드 세라믹 기판.
(13) 세라믹 소결체 기판 위에, 적어도 1개의 도전층과 적어도 1개의 세라믹 소결체층을 포함하여 이루어지는 적층 구조를 가진 메탈라이즈드 세라믹 기판으로서, 상기 적층 구조를 형성하는 세라믹 소결체층은 상기 세라믹 소결체 기판을 구성하는 세라믹과 동종의 세라믹 소결체로 이루어지고, 그 세라믹 소결체층을 구성하는 세라믹 입자의 평균입경이 상기 세라믹 소결체 기판을 구성하는 세라믹 입자의 평균입경의 10∼60%인 메탈라이즈드 세라믹 기판.
(14) 도체 라인간의 간격이 50∼10㎛인 패턴을 가진 도전층을 갖는 (13)에 기재된 메탈라이즈드 세라믹 기판.
상기 (10) 또는 (11)의 메탈라이즈드 세라믹 기판은, 상기(9)의 메탈라이즈드 세라믹 기판의 하나의 형태이고, 모두 본 발명의 제조 방법에 의해 제조할 수 있다. 특히, 본 발명의 제조 방법에서, 세라믹 소결체 기판을 제조할 때에 사용한 세라믹 분말과 동등 또는 그것보다 작은 평균입경의 동종의 세라믹 분말을 사용하여 제조한 세라믹 페이스트를 사용했을 때, (11)의 메탈라이즈드 세라믹 기판이 얻어진다.
일반적으로, 그린 시트를 소성하여 세라믹 소결체 기판을 제조하는 경우나 코파이어법으로 메탈라이즈드 기판을 제조하는 경우에는, 소성 공정에서 그린 시트가 수축하기 때문에, 그 중의 세라믹 입자가 서로 융착하여 입자 성장이 일어남에 비해, 상기의 제조 방법에서는, 소성 시에 원료 기판(세라믹 소결체 기판)의 수축이 일어나지 않으므로, 그 위에 형성된 세라믹 페이스트층, 특히 두께가 1∼50㎛인 세라믹 페이스트층 중의 세라믹 입자는 이동이 제한되어 충분한 입자 성장이 일어나지 않는다. 이 때문에, 상기와 같은 방법으로 제조된 본 발명의 메탈라이즈드 기판에서는, 상기 세라믹 소결체층(세라믹 페이스트층이 소성되어 생긴 층)을 구성하는 세라믹 입자의 평균입경이 상기 세라믹 소결체 기판을 구성하는 세라믹 입자의 평균입경의 10∼80%라는, 종래의 포스트파이어법 및 코파이어법으로 얻은 기판에서는 볼 수 없는 특이한 구조를 가진 것으로 된다.
이 때문에, 상기한 바와 같은 방법으로 얻은 기판인지의 여부는 메탈라이즈드 세라믹 기판에 대해서 메탈라이즈층과의 접합부 근방의 세라믹 입자의 평균입경과 기판 중심부 근방의 세라믹 입자의 평균입경을 조사하여, 전자가 후자의 80% 이하인지 여부, 보다 확실히는 60% 이하인지 여부를 조사함에 의해 확인할 수 있다.
[발명의 효과]
본 발명의 제조 방법을 사용하면, 세라믹 기판 위에 도전 페이스트층을 형성할 때에 도전 페이스트가 흐르거나 번지지 않는다. 따라서, 배선 디자인의 자유도 및 신뢰성이 높은 세라믹 메탈라이즈드 기판, 및, 고정세한 메탈라이즈 패턴을 가진 세라믹 기판을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조 방법을 사용하면, 소성 공정에서 메탈라이즈 패턴이나 세라믹 페이스트층의 평면 방향으로의 수축이 코파이어법에 비해 작아지기 때문에, 보다 고정밀도의 치수 정밀도를 가진 메탈라이즈드 세라믹 기판을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의해 얻어지는 메탈라이즈드 기판의 일 태양을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 의해 얻어지는 메탈라이즈드 기판의 일 태양을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 의해 얻어지는 메탈라이즈드 기판의 일 태양을 나타낸다.
도 4는 실시예 1에서 형성한 질화알루미늄 페이스트층 및 도전 페이스트층의 패턴을 나타내는 도면이다.
도 5는 실시예 1의 메탈라이즈드 기판 위에 형성된 T자형 메탈라이즈층의 비디오마이크로스코프의 사진이다.
도 6은 실시예 1의 메탈라이즈드 기판의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
도 7은 비교예 1의 메탈라이즈드 기판의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
도 8은 비교예 1의 메탈라이즈드 기판 위에 형성된 T자형 메탈라이즈층의 비디오마이크로스코프의 사진이다.
<부호의 설명>
1…세라믹 기판
1A, 2A…세라믹 페이스트층
1B, 2B…도전 페이스트층
10…도전층이 형성된 세라믹 기판
11…도전층
21…질화알루미늄 페이스트층
22…도전 페이스트층
23…소성 후의 메탈라이즈 패턴
24…소성 후의 세라믹 페이스트층(표면)
25…소결 후의 세라믹 페이스트층(단면)
26…원재료 기판(질화알루미늄 소결체 기판)(단면)
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
본 발명에 의한 메탈라이즈드 세라믹 기판의 제조 방법은 표면에 금속층 또는 도전 페이스트층을 가지고 있어도 좋은 세라믹 기판으로 이루어지는 원료 기판을 준비하는 공정(A); 그 원료 기판 위에 세라믹 페이스트층을 형성하는 공정과, 그 세라믹 페이스트층 위에 도전 페이스트층을 형성하는 공정을 포함하는 메탈라이즈드 세라믹 기판 전구체 제조 공정(B); 및 상기 공정에 의해 얻어진 메탈라이즈드 세라믹 기판 전구체를 소성하는 공정(C)을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제조 방법에서는, 우선 공정(A)으로서 표면에 도체층 또는 도전 페이스트층을 가지고 있어도 좋은 세라믹 기판으로 이루어지는 원료 기판을 준비한다. 여기서 사용하는 세라믹 기판으로는 공지의 세라믹으로 이루어지는 기판을 특히 제한 없이 사용할 수 있다.
세라믹 기판의 구성 재료인 세라믹으로는, 예를 들면 (i)산화알루미늄계 세라믹, 산화규소계 세라믹, 산화칼슘계 세라믹, 산화마그네슘계 세라믹 등의 산화물 계 세라믹; (ii)질화알루미늄계 세라믹, 질화규소계 세라믹, 질화붕소계 세라믹 등의 질화물계 세라믹; (iii)질화베릴륨, 탄화규소, 무라이트, 붕규산유리 등을 사용할 수 있다. 그 중에서도, (ii)질화물계 세라믹이 바람직하고, 특히 질화알루미늄계 세라믹이 열전도율이 높기 때문에 바람직하게 사용할 수 있다.
본 발명의 제조 방법에서 사용하는 세라믹 기판으로는 입수의 용이성이나 소망 형상의 것을 용이하게 얻을 수 있다는 이유에서 세라믹 소결체 기판, 특히 소결체 기판을 구성하는 세라믹 입자의 평균입경이 0.5∼20㎛, 보다 바람직하게는 1∼15㎛인 세라믹 소결체 기판을 사용하는 것이 적합하다. 또한, 이러한 세라믹 소결체 기판은 평균입경이 0.1∼15㎛, 적합하게는 0.5∼5㎛의 세라믹 원료 분말로 이루어지는 그린 시트를 소성함에 의해 얻을 수 있다.
상기 그린 시트에는 소결 조제, 유기 바인더 등이 함유되어 있어도 좋다. 소결 조제로는 세라믹 원료 분말의 종류에 따라서 상용되는 소결조제를 특히 제한 없이 사용할 수 있다. 또한, 유기 바인더로서는 폴리비닐부티랄, 에틸셀룰로스류나 아크릴 수지류가 사용되고, 그린 시트의 성형성이 양호해진다는 이유에서 폴리n-부틸메타크릴레이트, 폴리비닐부티랄이 특히 적합하게 사용된다.
얻어지는 소결체의 열 전도성의 관점에서, 소결조제를 함유하는 질화물 세라믹 분말을 세라믹 원료 분말로서 사용하여 형성한 질화물 세라믹용 그린 시트, 특히 소결 조제(에를 들면 산화이트륨이나 산화칼슘)을 함유하는 질화알루미늄 분말을 원료 분말로서 사용한 질화알루미늄용 그린 시트를 사용함이 적합하다.
본 발명에서 사용하는 세라믹 기판의 형상은, 그 위에 세라믹 페이스트층 및 도전 페이스트층을 형성할 수 있는 표면을 가진 것이면 특히 한정되지 않고, 판상체 또는 판상체의 일부에 절삭 가공이나 천공 가공을 실시한 것 또는 곡면을 가진 기판이라도 사용할 수 있다. 또한, 상기 세라믹 기판은 비어홀(즉, 도전체 또는 도전 페이스트가 충전된 관통공)이나 내층 배선을 가지고 있어도 좋다. 이러한 원료 기판은 상기한 바와 같은 구조를 가진 그린 시트를 사용한 코파이어법 등에 의해 용이하게 제조할 수 있다.
원료 기판의 크기는 특히 한정되지 않지만, 용도에 따라서 적당히 결정하면 좋다. 예를 들면, 용도가 전자 부품을 탑재하기 위한 기판인 경우에는 기판 두께는 일반적으로는 0.1∼2mm, 바람직하게는 0.2∼1mm 정도로 하면 좋다.
본 발명의 제조 방법에서는 상기 세라믹 기판을 그대로 원료기판으로서 사용해도 좋다. 또한, 상기 세라믹 기판의 표면에 미리 종래 방법에 의해 도전층 또는 도전 페이스트층이 형성된 메탈라이즈드 기판, 또한 본 발명의 제조 방법으로 얻은 메탈라이즈드 세라믹 기판을 원료 기판으로서 사용할 수도 있다. 이러한 메탈라이즈드 기판을 원료 기판으로서 사용함으로써, 후술하는 바와 같이, 도전층이 다층화되고, 디바이스 설계의 자유도가 향상하고, 또한 디바이스의 소형화가 가능해진다.
본 발명의 제조 방법에서는, 공정(A)에 이어서, 그 공정에서 준비된 원료 기판 위에 세라믹 페이스트층과 도전 페이스트층을 형성하여, 메탈라이즈드 세라믹 기판 전구체를 제조한다(공정(B)).
공정(B)에서의 세라믹 페이스트층의 형성은 원료 기판 위에 세라믹 페이스트를 도포하고, 필요에 따라서 건조함으로써, 행해진다. 이때, 원료 기판이 표면에 도전층 또는 도전 페이스트층을 갖는 경우에는, 이들 층 위에 세라믹 페이스트를 도포해도 좋다.
세라믹 페이스트로는 세라믹 분말, 소결 조제, 유기 바인더, 유기 용매, 분산제, 가소제 등의 성분으로 이루어지는 공지의 세라믹 페이스트를 특히 제한 없이 사용할 수 있다.
세라믹 페이스트에 함유되는 세라믹 분말로는 공지의 것을 특히 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 세라믹 기판의 설명에서 예시한 각종 세라믹의 분말을 사용할 수 있다. 그 중에서도 그 세라믹 분말로는 원료 기판의 재질과 동일한 세라믹의 분말을 사용하는 것이 소성 후의 세라믹 기판과의 밀착성의 관점에서 바람직하다. 또한, 서로 다른 종류의 세라믹을 사용하여도 그 조합에 따라서는 충분한 접합 강도를 얻을 수도 있다. 예를 들면, 다른 종류의 세라믹이어도, 함유되는 양이온 성분(금속원자 또는 반금속 원자)의 종류가 동일한 경우에는, 높은 접합 강도를 얻을 수 있다. 예를 들면 세라믹 기판이 질화 알루미늄 소결체 기판인 경우에는 질화알루미늄 분말, 알루미늄 분말, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
세라믹 페이스트에 함유되는 소결 조제로는, 세라믹 분말의 종류에 따라 소결 조제로서 사용되고 있는 것을 특히 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 세라믹 분말이 질화알루미늄 분말인 경우에는, 산화이트륨 등의 희토류 원소 산화물, 산화칼슘 등의 알칼리토금속 산화물 등을 사용할 수 있다.
세라믹 페이스트에 함유되는 유기 바인더로는 공지의 것을 특히 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 폴리아크릴산 에스테르, 폴리메타크릴산에스테르 등 의 아크릴 수지, 메틸셀룰로스, 히드록시메틸셀룰로스, 니트로셀룰로스, 셀룰로스아세테이트부티레이트 등의 셀룰로스계 수지, 폴리비닐부티랄, 폴리비닐알콜, 폴리염화비닐 등의 비닐기 함유 수지, 폴리올레핀 등의 탄화수소 수지, 폴리에틸렌옥사이드 등의 함산소 수지 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이 중에서도 아크릴계 수지나 셀룰로스계 수지는 용매에 용해하기 쉽고, 텅스텐 페이스트 등의 도전성 페이스트에 함유되는 용매를 흡수하기 쉽기 때문에 적합하다.
세라믹 페이스트에 함유되는 유기 용매로는 공지의 것을 특히 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 톨루엔, 산화에틸, 터피네올, 부틸카르비톨아세테이트, 텍사놀 등을 사용할 수 있다.
세라믹 페이스트에 함유되는 분산제로는 공지의 것을 특히 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 인산에스테르계, 폴리카르복시산계 등의 분산제를 사용할 수 있다.
세라믹 페이스트에 함유되는 가소제로는 공지의 것을 특히 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 프탈산디옥틸, 프탈산디부틸, 프탈산디이소노닐, 프탈산디이소데실, 아디핀산디옥틸 등을 사용할 수 있다.
세라믹 페이스트에서의 원료 성분의 배합비에 대해서는 특히 한정되지 않지만, 세라믹 분말 100중량부에 대하여 소결조제가 0.1∼15중량부, 유기 바인더가 6~20중량부, 유기 용매, 가소제 및 분산제로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종이 10∼60중량부임이 적합하다. 또한, 도체 페이스트의 "흐름"이나 "번짐"의 발생을 방지하는 효과가 높은 관점에서, 세라믹 분말 100중량부에 대하여 소결조제가 1∼10중량부, 유기 바인더가 6∼15중량부, 유기 용매, 가소제 및 분산제로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종이 15∼50중량부임이 특히 적합하다.
세라믹 페이스트의 제조 방법은 각종 성분을 혼합하여, 균일한 조성의 페이스트를 얻을 수 있는 방법이면 특히 제한이 없이, 예를 들면, 3본 롤밀, 플라네타리(planetary) 믹서 등의 공지의 혼련 방법을 채용할 수 있다.
본 발명의 제조 방법에서는 이와 같이 하여 제조된 세라믹 페이스트를 원료 기판의 표면의 소정의 개소에 도포한다. 이때 도포되는 세라믹 페이스트의 도포 형상 및 크기는 그 위에 소정 패턴의 도전 페이스트층을 형성할 수 있는 것이면 특히 한정되지 않는다. 단, 원료 기판이 비어 홀(즉, 도전체 또는 도전 페이스트가 충전된 관통공)을 갖고, 그 비어홀과 형성하는 메탈라이즈층을 전기적으로 접합하는 경우에는 그 도전체 또는 도전 페이스트의 노출면 위에는 세라믹 페이스트를 도포하지 않도록 할 필요가 있다. 또한, 모든 도전 페이스트층의 하부에 세라믹 페이스트를 형성할 필요는 없고, 특정한 패턴의 도전 페이스트층(예를 들면, 미세 패턴의 배선 또는 마커로 이루어지는 층)의 하부에만 세라믹 페이스트층을 형성한 구조를 취해도 좋다. 이러한 세라믹 페이스트의 도포는 예를 들면 스크린 인쇄나 캘린더 인쇄, 패드 인쇄 등의 공지의 방법에 의해 행할 수 있다.
형성되는 세라믹 페이스트 층의 두께는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 도전 페이스트층의 "흐름"이나 "번짐"을 방지하는 효과 및 생산성의 관점에서, 1∼2000㎛, 특히 1∼50㎛로 하는 것이 바람직하고, 3∼15㎛로 하는 것이 가장 바람직하다. 세라믹 페이스트층이 너무 얇으면, 도포된 도전 페이스트가 흐르거나 번지는 것을 방지하는 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 세라믹 페이스트층이 너무 두꺼우면, 불필요한 양의 세라믹 페이스트를 사용하게 되어 비경제적이고, 두께가 불균일해지거나 소성 후에 비틀림이 생길 가능성이 있다. 이러한 이유에서, 적어도 도전체 라인(배선)간의 간격(스페이스)이 50∼10㎛, 바람직하게는 30∼15㎛로 한 미세한 패턴의 도전층을 형성하기 위해 형성되는 도전 페이스트층의 바로 아래에 위치하는 세라믹 페이스트층에 관해서는, 그 두께는 1∼50㎛, 특히 3∼15㎛로 함이 바람직하다.
본 발명의 제조 방법에서는 도전 페이스트층을 형성하기 전에 형성된 세라믹 페이스트층을 건조하는 것이 바람직하다. 세라믹 페이스트층에 함유되는 용매를 증발시켜 제거함으로써, 세라믹 페이스트 위에 도포되는 도전 페이스트에 함유되는 용매를 보다 흡수하기 쉽게 되고, 도전 페이스트층의 "흐름"이나 "번짐"을 방지하는 효과가 높아진다. 이 건조는 공기 중에서 기판을 40∼150℃의 온도에서 1∼30분 정도 유지함에 의해 적합하게 행할 수 있다.
공정(B)에서의 도전 페이스트층의 형성은 상기와 같이 하여 원료 기판 위에 형성되고, 필요에 따라서 건조시킨 세라믹 페이스트층 위에, 도전 페이스트를 소정의 패턴으로 도포하고, 필요에 따라서 건조함으로써 행해진다. 하층의 세라믹 페이스트층이 도전 페이스트에 함유되는 유기 용매를 흡수하기 때문에, 도포된 도전 페이스트는 흐르거나 번지거나 하지 않는다.
따라서, 이러한 도전 페이스트층의 형성 공정을 포함하는 본 발명의 제조 방법에 의하면, 예를 들면, 도전체 라인(배선)간의 간격(스페이스)이 80∼10㎛, 바람 직하게는 50∼10㎛, 가장 바람직하게는 30∼15㎛으로 한 미세 패턴의 도전층(메탈라이즈층)을 갖는 메탈라이즈드 세라믹 기판, 또한 라인 앤드 스페이스가 바람직하게는 80/80㎛ 이하, 더 바람직하게는 50/50㎛ 이하, 특히 바람직하게는 30/30㎛ 이하인 미세 패턴의 메탈라이즈층을 갖는 메탈라이즈드 세라믹 기판을 높은 수율로 제조할 수 있다. 또한, 이러한 메탈라이즈드 세라믹 기판을 회로 기판으로 사용한 경우에는, 그 회로 기판은 미세 패턴으로 회로의 단락이 없고 신뢰성 높은 것으로 된다. 또한, 라인 앤드 스페이스가 X/Y ㎛이라 함은, 선폭 X ㎛의 복수의 도전체 라인(배선)을 Y ㎛의 간격을 거의 유지하여 형성할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 메탈라이즈층은 배선으로서 뿐만 아니라 메탈라이즈드 기판의 인식 마커(실장시의 얼라인먼트용 마크)로서 형성되는 것도 있지만, 본 발명의 방법에 의해 인식 마커를 형성한 경우에는 마커의 형상을 클리어하게 인식할 수 있으므로 마커의 오인율이 낮아진다는 이점이 있다.
본 발명에서 사용하는 도전 페이스트로는, 금속 분말, 유기 바인더, 유기 용매, 분산제, 가소제 등의 성분으로 이루어지는 공지의 도전 페이스트를 특히 제한 없이 사용할 수 있다. 또한, 도전 페이스트에는 상기 세라믹 페이스트에 함유되는 것과 동종의 세라믹 분말이 함유되어 있는 것이 바람직하다. 세라믹 페이스트와 도전 페이스트에 동종의 세라믹 분말을 함유하고 있으면, 소결 후의 양자의 밀착성이 향상한다.
도전 페이스트에 함유되는 금속 분말로는, 예를 들면, 텅스텐, 몰리브덴, 금, 은, 동 등의 금속 분말을 들 수 있으나, 그 중에서도 소성 시의 고온에 대한 내열성이 있는 텅스텐 및 몰리브덴 등의 고융점 금속의 분말이 특히 바람직하다.
도전 페이스트에 함유되는 유기 바인더로는, 공지의 것을 특히 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 폴리아크릴산 에스테르, 폴리메타크릴산 에스테르 등의 아크릴 수지, 메틸셀룰로스, 히드록시메틸셀룰로스, 니트로셀룰로스, 셀룰로스 아세테이트 부티레이트 등의 셀룰로스계 수지, 폴리비닐부티랄, 폴리비닐알콜, 폴리염화비닐 등의 비닐기 함유 수지, 폴리올레핀 등의 탄화수소 수지, 폴리에틸렌옥사이드 등의 함산소수지 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
도전 페이스트에 함유되는 유기 용매로서는 공지의 것을 특히 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 톨루엔, 아세트산 에틸, 터피네올, 부틸카르비톨 아세테이트, 텍사놀 등을 사용할 수 있고, 세라믹 페이스트의 수지를 용해하기 쉬운 용매를 선택하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 세라믹 페이스트와 도전 페이스트는 동종의 유기 바인더, 유기 용매를 선택하는 편이 유기 바인더와 유기 용매의 친화성이 양호해지기 때문에 보다 바람직하다.
도전 페이스트에 함유되는 분산제로는 공지의 것을 특히 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 인산에스테르계, 폴리카르복시산계 등의 분산제를 사용할 수 있다.
도전 페이스트에 함유되는 가소제로는 공지의 것을 특히 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면 프탈산디옥틸, 프탈산디부틸, 프탈산디이소노닐, 프탈산디이소데실, 아디핀산디옥틸 등을 사용할 수 있다.
도전 페이스트의 도포는, 예를 들면 스크린 인쇄나 캘린더 인쇄, 패드 인쇄 등의 공지의 방법에 의해 행할 수 있다. 형성되는 도전 페이스트층의 두께는, 특히 한정되지 않지만, 일반적으로는 1∼100㎛, 바람직하게는 5∼30㎛ 정도이다.
본 발명의 제조 방법에서는, 상기와 같이 하여 제조한, 메탈라이즈드 세라믹 기판 전구체를 소성함(공정(C))으로써 본 발명에서의 제조물인 메탈라이즈드 세라믹 기판이 얻어진다. 또한 필요에 따라서, 소성 전에 탈지를 행해도 하등 지장이 없다.
탈지는 산소나 공기 등의 산화성 가스, 또는 수소 등의 환원성 가스, 아르곤이나 질소 등의 불활성 가스, 이산화탄소 및 이들의 혼합 가스 또는 수증기를 혼합한 가습 가스 분위기 중에서 메탈라이즈드 세라믹 기판 전구체를 열처리함에 의해 행해진다. 또한, 열처리 조건은 메탈라이즈드 세라믹 기판 전구체에 함유되는 유기 성분의 종류나 양에 따라서 온도:250℃∼1200℃, 유지 시간:1분∼1000분의 범위에서 적당히 선택하면 된다.
탈지 처리에 이어서 행해지는 소성은 사용한 세라믹 페이스트의 종류(보다 구체적으로는 그 원료로서 사용한 세라믹 분말의 종류)에 따라서, 통상 채용되는 조건이 적당히 채용된다. 예를 들면, 세라믹 페이스트층에 함유되는 세라믹 분말이 질화 알루미늄계 세라믹으로 이루어지는 경우에는, 1600∼2000℃, 바람직하게는, 1700∼1850℃의 온도에서, 1시간∼20시간, 바람직하게는 2∼10시간 소성하면 좋다. 이 소성 시의 분위기로는 질소 가스 등의 비산화성 가스의 분위기 하에서, 상압으로 행하면 좋다.
본 발명의 제조 방법에서 얻어지는 메탈라이즈드 세라믹 기판은 메탈라이즈 층의 패턴이 명료(클리어)하고, 예를 들면, 그 패턴이 회로 패턴인 경우, 라인 앤드 스페이스가 80/80㎛ 이하, 바람직하게는 50/50㎛ 이하, 보다 바람직하게는 30/30㎛ 이하의 미세 패턴이라도 라인간의 단락이 없다는 뛰어난 특징을 갖는다. 종래의 포스트파이어법이나 코파이어법으로 얻어지는 메탈라이즈드 기판은 도전 패턴의 미세화에 한계가 있고, 억지로 도전 패턴을 미세화한 경우에는, 수율의 관점에서 문제가 있고, 저비용으로 효율 좋게 이러한 기판을 제조할 수 있다는 점에서 본 발명의 방법은 뛰어나다.
본 발명의 제조 방법에서는, 상기한 바와 같이 원료 기판의 세라믹 소졀체 기판으로는, 적합하게는 평균입경이 0.5∼20㎛(보다 적합하게는 1∼15㎛)의 세라믹 입자로 구성된 것이 사용된다. 본 발명의 제조 방법에서, 이러한 세라믹 소결체 기판을 사용하는 동시에, 평균입경 0.1∼15㎛(바람직하게는 0.5∼5㎛)의 세라믹 분말을 사용하여 제조한 세라믹 페이스트를 사용하여 제조한 메탈라이즈드 세라믹 기판, 바람직하게는 (B)공정에서 두께 1∼50㎛의 세라믹 페이스트층을 적어도 1개 형성하여 얻은 메탈라이즈드 세라믹 기판은 종래의 코파이어법이나 포스트파이어법으로 제조한 메탈라이즈드 세라믹 기판에는 보이지 않은 구조적인 특징을 가진 신규한 것이다.
즉, 상기의 신규한 기판은 세라믹 소결체 기판 위에, 그 기판을 구성하는 세라믹과 동종의 「세라믹의 소결체층」을 거쳐서 도전층이 접합된 메탈라이즈드 세라믹 기판으로서, 상기 「세라믹의 소결체층」을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경이, 상기 세라믹 소결체 기판을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경의 10∼80%이 라는 특징을 갖는다. 또한, 「세라믹의 소결체층」을 복수개 갖는 경우에는, 적어도 1개의 층을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경이 상기 세라닉 소결체 기판을 구성하는 세라믹 입자의 평균 입경의 10∼80%이면 좋다. 일반적으로, 「세라믹의 소결체층」을 구성하는 세라믹 입자의 평균입경은 그 전구체로 되는 세라믹 페이스트층의 두께에 의존하지만(따라서, 세라믹의 소결체층의 두께에 의존함), 세라믹 페이스트층의 두께가 50㎛ 이하이면 상기 조건을 만족한다.
여기서, 상기 「세라믹의 소결체층」은, 본 발명의 제조 방법으로 원료 기판 상에 형성된 세라믹 페이스트층을 소결시켜 형성한 것이며, 그 두께는 세라믹 페이스트층의 두께에 의존한다. 소결 시에 수축이 일어나기 때문에, 소결체층의 두께는, 통상, 세라믹 페이스트층 두께의 20∼80%로 된다. 따라서, 소망 두께의 세라믹 소결체층을 얻기 위해서는, 세라믹 페이스트층의 두께를 적당하게 조정하면 좋다. 상기한 바와 같이, 적어도 도전체 라인(배선)간의 간격(스페이스)이 50∼10㎛, 바람직하게는 30∼15㎛라는 미세 패턴의 도전층을 형성하기 위해서 형성되는 도전 페이스트층의 바로 아래의 세라믹 페이스트층에 관해서는, 그 두께는 1∼50㎛, 특히 3∼15㎛로 하는 것이 바람직하므로, 이러한 미세 패턴의 도전층의 바로 아래에 위치하는 세라믹 소결체층의 두께는 0.2∼40㎛, 특히 0.6∼12㎛로 하는 것이 적합하다.
또한, 후술하는 바와 같이, 도전층을 다층화하는 경우에는, 도전층 사이에 개재하는 세라믹 소결체층의 두께의 제어가 중요해진다. 즉, 세라믹 소결체층이 너무 두꺼우면, 그 두께가 방해하여 도전층으로의 칩 마운트를 할 수 없게 되거나, 또한 디바이스 전체의 두께가 두터워지게 된다. 또한, 세라믹 소결체층이 너무 얇으면, 디바이스의 신뢰성에 영향을 주는 경우가 있다. 이러한 관점에서, 최종적으로 얻어지는 세라믹 소결체층의 두께는 바람직하게는 1∼1000㎛, 더 바람직하게는 10∼800㎛ 정도로 조정하는 것이 바람직하다.
또한, 세라믹 소결체를 구성하는 세라믹 입자의 평균 직경D(㎛)는, 코팅법에 의해 다음과 같이 하여 구할 수 있다. 즉, 우선, 세라믹 소결체의 단면에 대해서, 수사형 전자 현미경 사진을 촬영한다. 이때의 배율은 사진에 세라믹 소결체의 두께 방향에 대하여 수직인 방향(세라믹 소결체가 판상체인 경우에는, 그 주표면에 대하여 평행으로 되는 방향)으로, 임의의 특정 길이 L(mm){통상은, 사진의 폭과 동일한 길이}의 직선을 그었을 때에, 그 직선과 세라믹 입자의 입계의 교점의 수가 10∼50으로 되도록 배율{통상은 1000∼5000배}로 한다. 그리고, 배율로부터 실제의 길이 1(㎛)에 대응하는 사진상의 길이 U(mm)를 구한다. 다음에, 사진에 소정의 간격(통상 3∼7mm, 특히 5mm)으로 상기 직선과 평행한 길이 L의 직선을 n개 긋는다. 이때 직선의 수 n은, 모든 직선에서의 세라믹 입자의 입계와의 교점의 수의 합계 ε가 100∼300으로 되도록 한다. n개의 직선을 그으면, 각 직선과 입계의 교점에 표시를 붙이고, 그 표시의 총 수ε을 구한다. 그리고, 하기식에 의거하여 D를 구할 수 있다
D=(1.57×L×n)/(U×ε)
본 발명의 제조 방법에서 얻을 수 있는 상기의 메탈라이즈드 세라믹 기판, 특히 도전체 라인(배선)간의 간격(스페이스)이 80∼10㎛, 바람직하게는 50∼10㎛, 가장 바람직하게는 30∼15㎛라는 미세한 패턴의 도전층(메탈라이즈층)을 가진 메탈라이즈드 세라믹 기판은, 미세 패턴을 가짐에도 불구하고(예를 들면, 본 발명의 방법을 채용함에 의해) 높은 수율로 제조하는 것이 용이하다고 하는, 종래의 메탈라이즈드 세라믹 기판에서는 보이지 않은 뛰어난 특징을 갖는 것이다.
따라서, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 배선 디자인의 자유도가 비약적으로 향상하고, 디바이스 설계상의 제약이 저감되고, 또한 디바이스 자체의 소형화도 가능해진다.
또한, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 도전층의 다층화도 용이해진다. 도전층의 다층화는 이하에서 나타내는 2개의 방법에 의해서 행해진다. 즉, 공정(B)에서의 세라믹 페이스트층의 형성과 도전 페이스트층의 형성을 교대로 복수회 반복하는 방법(제1 방법) 또는, 본 발명의 제조 방법에서 얻어진 메탈라이즈드 세라믹 기판을 원료 기판으로서 사용하는 방법(제2의 방법)에 의해서 행해진다. 또한, 상기 제1의 방법에서의 복수회라 함은, 세라믹 페이스트의 형성만을 2회 행하고, 도전 페이스트의 형성을 1회 행하는 형태도 포함한다. 이러한 형태에서는 최상층을 세라믹 소결체층으로 할 수 있다. 일반적으로 다이싱 블레이드를 사용하여 얻어진 메탈라이즈드 세라믹 기판을 절단 가공하는 경우에 있어서, 도전층 위를 절단하는 경우, 도전층이 텅스텐이나 몰리브덴과 같은 고융점 금속으로 이루어지는 경우에는 절단시에 도전층의 박리가 일어나는 경우가 있으나, 절단 예정 라인 상에 세라믹 소결체층을 형성하고, 이 부분을 절단함에 의해서 이러한 박리를 방지할 수 있다. 또한, 최상층에 세라믹 소결체층을 프레임 형상으로 형성함으로써, 메탈라이즈드 기판상에 실장되는 소자나 부품의 위치 결정이나, 또는 프레임 형상층을 실장 부품보다도 높게 함으로써, 실장 부품을 보호할 수 있게 된다. 이때 최상층에 형성되는 세라믹 소결체층은 바람직하게는 1∼1000㎛, 더바람직하게는 10∼800㎛ 정도의 두께로 조정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제조 방법에서는 공정(C)에 의해서 얻어진 메탈라이즈드 세라믹 기판의 도전층상에 세라믹 페이스트층을 형성하는 공정과, 그 공정에 의해 얻어진 표면에 세라믹 페이스트층을 가진 메탈라이즈드 세라믹 기판을 소성하는 공정을 더 포함시킴에 의해서, 최상층에 세라믹 소결체층을 형성할 수 있어, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
하등 한정되는 것은 아니지만, 이하에 본 발명의 제조 방법에 의한 도전층의 다층화에 대해서, 구체적인 예를 들어 설명한다.
또한, 세라믹 기판, 세라믹 페이스트, 도전 페이스트 등의 구체예, 두께 등은 상술한 바와 같다.
도 1에 나타내는 예에서는, 우선 세라믹 기판(1) 위에, 세라믹 페이스트(1A)를 소정 패턴으로 도포하고, 필요에 따라 건조한다. 다음에 세라믹 페이스트(1A) 위에 도전 페이스트(1B)를 소정 패턴으로 도포하고, 필요에 따라서 건조한다. 그 후, 도전 페이스트(1B) 위에, 세라믹 페이스트(2A), 도전 페이스(2B)를 순차 형성하고, 소성함으로써, 2층의 도전층과 2층의 세라믹 소결층으로 이루어지는 적층 구조를 가진 다층 메탈라이즈드 기판이 얻어진다. 또한, 도전 페이스트(1B)의 형성 후에 소성하여, 얻어진 도전층 위에, 세라믹 페이스트(2A), 도전 페이스트(2B)를 순차 형성하여, 소성해도 좋다. 이 경우에는, 표면 위에 세라믹 페이스트(1A) 및 도전 페이스트(1B)를 순차 형성하여, 소성한 세라믹 기판이 세라믹 페이스트(2A)를 형성하는 원료 기판으로 된다.
또한, 세라믹 페이스트(1A)를 형성하는 경우의 원료 기판으로는, 상술한 바와 같이, 미리 종래 방법에 의해 도전층이 형성된 메탈라이즈드 기판을 사용할 수도 있다.
도 2에 나타내는 예에서는, 도전층(11)이 미리 형성된 메탈라이즈 기판(10)을 사용하여, 도전층(11) 위에, 세라믹 페이스트(1A)를 소정 패턴으로 도포하고, 필요에 따라서 건조한다. 다음에 세라믹 페이스트(1A) 위에 도전 페이스트(1B)를소정 패턴으로 도포하고, 필요에 따라서 건조한다. 그 후, 소성함으로써, 2층의 도전층과 1층의 세라믹 소결층으로 이루어지는 적층 구조를 가진 다층 메탈라이즈드 기판이 얻어진다.
또한, 도 2에 타나내는 예에서는, 도전층(11) 대신에, 미소성의 도전 페이스트층을 사용해도 좋다. 도전 페이스트층을 직접 세라믹 기판 위에 형성하면, 상술한 바와 같이 페이스트의 "흐름"이나 "번짐"이 일어나고, 미세 패턴의 형성이 곤란하지만, 최하층의 도전층이 미세 패턴일 것을 필요로 하지 않는 디바이스 설계인 경우에는, 도전 페이스트층을 직접 세라믹 기판 상에 형성해도 좋다.
또한, 본 발명에서는 도전층끼리를 전기적으로 접합하는 비어홀도 용이하게 마련할 수 있다. 이 경우에는, 도전 페이스트층 사이(또는 도전층과 도전 페이스트층 사이)에 개재하는 세라믹 페이스트층의 일부에 기둥 형상의 도전 페이스트를 설치하면 좋다.
도 3에는, 도전층끼리를 도통시키고, 또한 최상층으로서 세라믹 소결체층을 형성하는 예를 나타내었다. 이 예에서는, 도전층(11)이 미리 형성된 메탈라이즈 기판(10)을 사용하고 있으나, 상술한 바와 같이, 도전층(11)은 도전 페이스트층이어도 좋다. 우선, 도전층(11) 위의 소정 위치에, 기둥 형상의 도전 페이스트층(1B)를 형성한다. 다음에, 도전 페이스트층(1B)의 상(上)표면과 일치하는 두께로, 세라믹 페이스트층(1A)을 형성한다. 즉, 세라믹 페이스트층(1A)의 두께는, 도전층(11)에서는 도전 페이스트층(1B)의 두께와 같고, 세라믹 기판(10) 위에서는, 도전층(11)과 도전 페이스트층(1B)의 합계 두께와 같다. 또한, 세라믹 페이스트층 및 도전 페이스트층은, 소성에 의해 수축하므로, 최종적인 두께를 감안하여 세라믹 페이스트층 및 도전 페이스트층의 두께를 적당히 설정하는 것이 바람직하다. 도통을 확실히 행하는 점에서, 세라믹 페이스트층(1A)의 소성에 의해 형성되는 세라믹 소결체층 표면으로부터, 도전층이 약간 돌출하는 것이 바람직하기 때문에, 도전 페이스트층(1B)의 소성에 의해 성형되는 도전층의 두께가, 세라믹 페이스트층(1A)의 소성에 의해 형성되는 세라믹 소결체층의 두께보다도 약간 두꺼워지도록, 세라믹 페이스트층 및 도전 페이스트층의 두께를 설정한다.
그 다음에, 세라믹 페이스트(1A) 위에 도전 페이스트(2B)를 소정 패턴으로 도포하고, 필요에 따라 건조한다. 그 후, 도전 페이스트(2B) 위에, 세라믹 페이스트(2A)를 형성하고, 소성함으로써, 서로 도통한 2층의 도전층을 포함하는 적층구조를 가진 다층 메탈라이즈드 기판이 얻어진다. 또한, 도전 페이스트(2B)의 형성 후 에 소성하여, 얻어진 도전층 위에, 세라믹 페이스트(2A)를 형성하여, 소성해도 좋다.
이하 본 발명을 실시예에 의해 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
평균입경 1.5㎛의 질화알루미늄 분말 및 소결조제로서 산화이트륨을 첨가하고 소결하여 얻은 질화알루미늄 소결체 기판으로 이루어지는 원료 기판의 표면에 평균입경 1.5㎛의 질화알루미늄 분말 100중량부, 평균입경 0.5㎛의 산화이트륨 분말 5중량부와 에틸셀룰로스 9중량부, 터피네올 40중량부를 혼련하여 25℃에서의 점도를 3500P로 조정한 질화알루미늄 페이스트를 스크린 인쇄하고, 도 4에 나타내는 바와 같이 폭 200㎛, 길이 1mm의 패턴(두께 10㎛)의 질화알루미늄 페이스트층(21) 100개와, 배선폭이 200㎛인 T자형의 패턴을 형성하여, 80℃에서의 5분 건조를 행하였다.
다음에, 평균입경 0.8㎛의 텅스텐 100중량부, 평균입경 1.5㎛의 질화알루미늄 분말 5중량부, 산화이트륨 0.3중량부, 에틸셀룰로스 2중량부, 터피네올 10중량부를 혼련하여, 도전 페이스트를 제조하였다. 그 후, 이 도전 페이스트를 사용하여 스크린 인쇄법으로, 각 질화알루미늄 페이스트층(21) 위에 도 4에 나타내는 바와 같은 폭 50㎛, 길이 500㎛의 패턴(두께 15㎛)의 도전 페이스트층(22)를 2개 형성하는 동시에, T형 패턴의 질화알루미늄 페이스트층 위에 배선폭이 100㎛인 T자형 의 도전 페이스트층을 형성하여, 건조를 행하였다. 또한, 도 4에 나타내는 패턴에서, 2개의 선상의 도전 페이스트층(22) 끼리의 간극(스페이스)은 30㎛로 하였다.
상기와 같이 하여 얻어진 기판을, 질소 가스 중, 1800℃에서 4시간 소성을 행하여, 메탈라이즈드 기판을 얻었다. 얻어진 기판에 대해서, T자형의 메탈라이즈층이 형성된 표면을 비디오 마이크로스코프로 관찰하였다. 그 사진을 도 5에 나타낸다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 소결 후의 질화알루미늄 페이스트층(24) 위에 "번짐" 등에 의한 패턴의 변형이 적은 깨끗한 메탈라이즈 패턴(23)이 형성되어 있음을 알았다. 또한, 도 4에 나타내는 배선간의 저항을 확인함에 의해 각 메탈라이즈 배선간에 단락이 있는가의 여부를 조사한 결과, 단락은 보이지 않았다.
또한, 얻어진 기판에 대해서, 원료 기판 위에 질화알루미늄 페이스트층의 소결체층이 접합한 부분으로서 그 위에 메탈라이즈층이 형성되지 않은 부분의 파단면을 주사형 전자현미경으로 관찰하였다. 그 사진을 도 6에 나타낸다. 도 6으로부터, 질화알루미늄 페이스트층이 소결되어 형성된 층(25)의 두께는 5㎛이고, 그 층(25)을 구성하는 질화알루미늄 입자의 평균입경은 2.1㎛(코팅법에 의해 구하였음.)이고, 또한 원료기판으로서 사용한 질화알루미늄 소결체 기판(26)을 구성하는 질화알루미늄 입자의 평균입경은 5.4㎛(코팅법에 의해 구하였음)임이 판명되었다.
(비교예 1)
질화알루미늄 페이스트층을 형성하지 않은 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 메탈라이즈드 기판을 제조하고, 실시예 1과 동일한 평가를 행하였다. 얻어진 기판의 메탈라이즈층이 형성되지 않은 부분의 파단면을 도 7에 나타낸다. 또한, 도 8에 나타내는 바와 같이 T자형으로 형성된 메탈라이즈 패턴(23)에는 "번짐" 등에서 유래하는 변형이 보이고, 도 4에 나타내는 패턴 100개 중 83개에는 배선간에 단락이 보였다.
본 발명의 제조 방법을 사용하면, 세라믹 기판 위에 도전 페이스트층을 형성할 때 도전 페이스트가 흐르거나 번지지 않는다. 따라서, 배선 디자인의 자유도 및 신뢰성이 높은 세라믹 회로 기판, 및, 미세한 회로 패턴을 가진 세라믹 기판을 제조할 수 있다.

Claims (14)

  1. 표면에 도전층 또는 도전 페이스트층을 가지고 있어도 좋은 세라믹 소결체 기판으로 이루어지는 원료 기판을 준비하는 공정(A)과,
    그 원료 기판 위에, 세라믹 분말, 유기 바인더, 및 유기 용매를 함유하는 세라믹 페이스트층을 형성하는 공정(B1)과, 그 세라믹 페이스트층을 40℃∼150℃에서 건조시키는 공정(B2)과, 건조된 그 세라믹 페이스트층 위에, 상기 세라믹 페이스트에 함유되는 것과 동종의 유기 바인더 및 유기 용매, 및 금속 분말을 함유하는 도전 페이스트층을 형성하는 공정(B3)을 포함하는 메탈라이즈드 세라믹 기판 전구체 제조 공정(B)과,
    상기 공정에 의해서 얻어진 메탈라이즈드 세라믹 기판 전구체를 소성하는 공정(C)을 포함하는 메탈라이즈드 세라믹 기판의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    공정(C)에 의해 얻어진 메탈라이즈드 세라믹 기판의 도전층 위에 세라믹 페이스트층을 형성하는 공정과, 그 공정에 의해 얻어진 표면에 세라믹 페이스트층을 가진 메탈라이즈드 세라믹 기판을 소성하는 공정을 더 포함하는, 메탈라이즈드 세라믹 기판의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    공정(B)에서, 세라믹 페이스트층을 형성하는 공정(B1), 그 세라믹 페이스트층을 건조시키는 공정(B2), 및 건조된 그 세라믹 페이스트층 위에 도전 페이스트층을 형성하는 공정(B3)으로 이루어지는 일련의 공정을 복수회 반복함을 포함하는, 메탈라이즈드 세라믹 기판의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    제1항의 제조 방법으로 얻어진 메탈라이즈드 세라믹 기판을 원료 기판으로 사용하는, 메탈라이즈드 세라믹 기판의 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    도전 페이스트층 또는 도전 페이스트층을 소성하여 얻어진 도전층 위에 형성되는 세라믹 페이스트층이 이들 하지층의 일부를 덮는 두께 1∼2000㎛의 세라믹 페이스트층인, 메탈라이즈드 세라믹 기판의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 원료 기판이, 표면에 도전층 또는 도전 페이스트층을 갖고 있어도 좋은 질화알루미늄 소결체 기판으로 이루어지는, 메탈라이즈드 세라믹 기판의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    세라믹 페이스트층이 질화알루미늄계 세라믹을 함유하는, 메탈라이즈드 세라믹 기판의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    도전 페이스트층이 텅스텐 또는 몰리브덴을 함유하는, 메탈라이즈드 세라믹 기판의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    공정(B)에 포함되는 적어도 1개의 공정(B1)에서, 두께 3∼15㎛의 세라믹 페이스트층을 형성하는, 메탈라이즈드 세라믹 기판의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    공정(B1)에서 형성된 두께 3∼15㎛의 세라믹 페이스트층을 건조시킨 후에 이어서 행해지는 공정(B3)에서, 공정(C)의 소성 후에 얻어지는 도전층이 도체 라인간의 간격이 50∼10㎛인 미세 패턴으로 되는 패턴의 도전 페이스트층을 형성하는, 메탈라이즈드 세라믹 기판의 제조 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 세라믹 소결체 기판 위에, 소정 패턴으로 형성되는 적어도 1개의 세라믹 소결체층과 상기 세라믹 소결체층 위에 형성되는 적어도 1개의 도전층을 포함하여 이루어지는 적층 구조를 가진 메탈라이즈드 세라믹 기판으로서, 상기 적층 구조를 형성하는 세라믹 소결체층은 상기 세라믹 소결체 기판을 구성하는 세라믹과 동종의 세라믹 소결체로 이루어지고, 그 세라믹 소결체층을 구성하는 세라믹 입자의 평균입경이 상기 세라믹 소결체 기판을 구성하는 세라믹 입자의 평균입경의 10∼60%인 메탈라이즈드 세라믹 기판.
  14. 제13항에 있어서,
    도체 라인간의 간격이 50∼10㎛인 패턴을 가진 도전층을 갖는 메탈라이즈드 세라믹 기판.
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